六相开关磁阻起动/发电机系统的起动特性理论仿真与实验

本文以自行设计和研制的结构新颖的12／10开关磁阻电机为研究对象,根据所选发动机（长安奥拓小型客车三缸汽油发动机）对电机起动、发电及助动的要求,设计了一台2．5kW飞轮式开关磁阻起动／发电机原理样机,采用36／42V直流电源系统,建立了该电机的有限元仿真分析模型,对该电机进行了两维电磁场的有限元分析,得到电机较为精确的模型,结合该电机系统的功率变换电路和控制单元,进行了系统仿真,同时着重对该电机系统的起动过程和起动特性进行了研究和分析,对样机进行了测试并取得了满意的结果,理论分析实测结果基本吻合,表明该电机的设计方法、系统建模和控制策略是合理和可行的。     

开关磁阻起动/发电机设计方法研究

开关磁阻起动/发电机是电动机与发电机的结合体。提出一种将经典电机设计与最新有限元设计相结合的电机设计方法,该方法将传统设计方法的快捷、简便与有限元设计方法的精确、直观等优点相结合。并且采用以发电机性能为主,兼顾起动性能的设计方式;在多场有限元联合仿真的基础上,设计并试制了一台循油冷却开关磁阻起动/发电机。实验证明,该设计方法适合于该类型电机。     

异步起动永磁同步电动机分析与设计

以一款3 000 r/min、2极、380 V、3 000 W的异步起动永磁同步电动机为例,给出了设计该种电机的基本思路和主要参数,并且利用有限元分析软件Ansoft建立该电机的二维有限元分析模型,对其静态与动态性能进行了仿真与分析。仿真结果验证了该电磁设计的正确性。提出的一种大小槽设计方法提升电机牵入性能,对异步起动永磁同步电动机的设计具有重要的借鉴意义。     

单相自起动永磁同步电动机仿真与分析

采用磁路计算与有限元分析相结合的方法,设计了一台220 V、55 W、额定转速3 000 r/min的单相自起动永磁同步电动机。借助电磁场有限元分析软件,对电机空载磁场、反电势、电机负载性能及电机起动过程进行了仿真分析。设计达到预期效果,对单相自起动永磁同步电动机的设计与仿真具有一定的参考价值。     

起重机用绕线转子自起动永磁同步电动机起动过程仿真

简要说明了绕线转子自起动永磁同步电动机的原理。使用Ansoft仿真软件对该电机的起动过程进行了仿真分析,对起动性能与同容量同极数的笼型自起动永磁同步电动机进行了分析比较。仿真结果显示,该电机在起动过程中通过实时调节转子外串电阻,使其跟随转速的变化而变化,增加了起动转矩,降低了起动电流,起动性能得到明显改善。     

直线感应电动机气隙大小对其起动性能的影响

以一台起动推力为225N的直线感应电动机为例进行分析,将整个电机模型作为求解域,采用有限元方法对电机的起动过程进行了仿真计算,并对电机起动过程进行了实验,实验结果验证了仿真计算的正确性,在磁场数值计算的基础上分析了气隙大小变化对电机性能的影响。     

基于有限元的稀土永磁同步电动机起动过程仿真研究

利用电磁场有限元仿真软件，对抽油用高效节能稀土永磁同步电动机的起动过程进行了电磁场仿真与分析；并用实际研制电机的实验结果对MagNet软件仿真结果进行验证，仿真结果和实验结果接近，从而验证了有限元仿真分析结果的正确性。     

基于Ansys的开关磁阻起动/发电机转子槽型设计

分析了开关磁阻起动/发电机双凸极结构的优缺点。在有限元仿真分析的基础上,提出了开关磁阻起动/发电机两种槽型结构:填充型转子槽型和流线型转子槽型。利用有限元分析软件Ansys对此两种槽型优化方案与传统电机槽型进行了应力、形变、热场等分析,并对仿真结果进行了对比分析。在不同槽型的热场分析中首次提出了多场联合有限元仿真的温度场分析方法。为开关磁阻电机槽型的设计提供了参考,并对两种槽型的适用场合提供了理论依据。     

风机用异步起动的三相永磁同步电动机电磁设计和仿真

以风机(水泵)用高压异步起动三相永磁同步电动机TYCX400-4为研究对象,建立了基于Ansoft Maxwell 2D的有限元仿真模型。仿真分析了该电机的磁场分布、空载反电势、起动电流和额定负载下的起动时间等。并将仿真结果和试验结果进行对比,为此类电机的电磁设计提供参考。     

基于时步有限元分析的实心凸极同步电动机起动过程转矩特性分析

采用基于于时间步长有限元计算的场路耦合法，分析了实心凸极同步电动机的直接起动过程。考虑了电机的实际绕组分布、磁极形状以及起动过程中转子运动因素的影响，计算了电机起动转矩，特别是脉动转矩以及起动时间，获得了电机动态特性的变化曲线。建立了实心磁极同步电动机直接起动时的二维电磁场动态仿真数学分析模型。对一台模型电机的起动特性进行了数值仿真计算，并通过试验验证了计算结果，验证了分析疗法的准确性。此法主要用于预测实心磁极同步电动机的起动特性。     

开关磁阻电机及控制系统仿真与建模

开关磁阻电机(SRM)应用广泛,但由于电机内部磁场的非线性和相电流难以解析等问题,因此高精确度的建模和仿真较为困难。电机及驱动系统建模的研究直接影响到电机的优化设计、动静态性能分析、控制策略的评估等。为此,介绍了一种SRM及控制系统的建模方法,利用Flux有限元软件搭建的电机本体模型与MATLAB搭建的控制系统进行联合仿真。通过试验,测得电机在不同运行状态下的电流波形,并与仿真结果比较。结果表明:不同控制方式下的电流波形与仿真结果一致,是一种行之有效的建模手段。     

Calculation of the electromagnetic parameters of a switchedreluctance motor using an improved FEM-BIEM-application to differentmodels for the torque calculation

This paper expands on a hybrid numerical method coupling the finite element method (FEM) and boundary integral equation method (BIEM), developed to calculate magnetic fields in a switched reluctance motor (SRM). This hybrid approach is a solution to the issues stemming from the small size and odd shape of the SRM airgap, where meshing an FEM grid is difficult. In the past, the stator and rotor FEM domains kept their actual shapes, which resulted in problems with the definition of the unit outward normal vector n&oarr; at the corner points of the SRM poles. Therefore, the normal derivative of the magnetic vector potential, i.e., the tangential component of the flux density, was undefined at these points. In this paper, a new approach with new definitions of the stator and rotor FEM domains is presented. The new concept defines the SRM airgap as a ring in which circular boundaries permit the correct definition of the normal derivative quantities and exploit the natural Neumann condition. The electromagnetic parameters of a 7.5 kW SRM prototype machine were calculated using this new approach. They compare favorably with test data. Phase magnetization characteristics also have good precision and smoothness. These electromagnetic parameters were then used to assess and compare two different SRM models for the calculation of the torque on the motor shaft, the linear trapezoidal model and the nonlinear model. The comparison between the measured torque and the torque as calculated with the two different models shows that the more simple trapezoidal model should be satisfactory in many cases and could, in particular, be used in automated SRM designs     

超高速开关磁阻电动机设计

开关磁阻电机结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,特别适合超高速运行。针对超高速电机的运行特点,对超高速开关磁阻电机的多物理场一体化设计方法进行探讨,研制了一台6/2结构超高速开关磁阻样机,样机最高转速为130 000 r/min,功率为1 kW。为提高样机的起动转矩,改进了样机的转子结构,并基于有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。采用自主开发的具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路SR3P10K07A作为控制系统的控制核心。最后对样机进行了实验,实验结果表明本文采用的设计方法、转子结构和专用芯片是可行和有效的。     

基于DITC的开关磁阻电动机可逆控制系统

与传统的交直流电动机相比,开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)的主要缺点是其转矩脉动较大以及由此引起的噪声和振动。通过引入直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control,简称DITC),可有效减小SRM控制系统的转矩脉动。介绍了SRM-DITC可逆运行系统的主要组成,并提出了在可逆运行工作模式下的DITC方法。通过仿真和DSP物理实验,验证了所提方法的有效性。     

基于自适应网络模糊推理系统的开关磁阻电机建模方法

提出一种开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)数学建模的新方法：在已知开关磁阻电机静态电感曲线和矩角特性曲线的基础上,将自适应网络模糊推理系统(adaptive network based fuzzy inference system,ANFIS)用于SRM的整体建模中。该模糊推理系统由5层网络构成,将模糊推理与神经网络有机结合起来,利用它的自学习功能计算出模糊系统的隶属度函数以及相应的模糊规则,形成一个结构简单、紧凑的网络来实现电机绕组电流、转子位置角与电感和转矩的非线性映射关系,然后离线训练得到电感与转矩模型。把这种基于ANFIS的电感和矩角模型应用于SRM的系统建模中,以550 W、6/4极SRM为例,进行了仿真与实验比较,结果表明此建模方法能够较好的反映SRM的实际工作状况,从而为SRM系统的建模分析与设计提供一种新的有力的工具。     

基于RBFN-AFS的开关磁阻电机非线性模型与动态仿真

针对开关磁阻电机(SRM)电磁特性存在饱和非线性、多变量、强耦合的特点,提出了一种基于径向基函数网络的自适应模糊系统(RBFN-AFS)建立SRM模型并进行动态仿真的新方法.该方法在实测SRM磁链和转矩特性的基础上,采用递阶自组织学习(HSOL)算法对RBFN-AFS网络进行学习训练,使网络从样本数据中估计出未知的模糊规则,并在学习训练过程中不断更新和修正网络隐层节点参数矢量和连接权值,最终实现磁链与转矩对转子位置角和相电流的非线性映射关系,与其他建模方法相比,该模型具有更快的计算速度和更好的泛化能力.将基于RBFN-AFS网络的电流-磁链和转矩模型应用于SRM调速系统的动态仿真分析中,通过仿真与实验比较,此方法能够很好地预测SRM的动态和稳态运行特性.这种基于RBFN-AFS的建模方法为实现SRM的各项性能分析和各种实时控制提供了一种新的思路.     

大功率开关磁阻电机无位置控制系统

与传统电机控制系统相比,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motors,简称SRM)结构简单、经济、高效,但电磁特性呈现复杂非线性,运行依赖于转子轴位置编码器限制了SRM控制系统应用场合.此处给出一种建立SRM非线性模型的方法,基于样机132 kW SRM样机非线性模型,设计了一种基于TI微处理器T...     

盘式开关磁阻电机临界重叠位置磁化曲线计算

针对三维有限元方法分析轴向磁场盘式开关磁阻电机时计算机配置要求高、耗时长及不适于电机的优化设计和基于定转子极中心线对齐位置和定子极中心线和转子槽中心线对齐位置这两个关键位置的磁路法计算精确度不高等问题,对转子齿前沿和定子齿前沿重叠位置即临界重叠位置处磁化曲线进行解析计算.利用三相6/4极和12/8极轴向磁场盘式开关磁阻电机的有限元仿真结果及磁阻最小原理划分该位置处磁链并进行计算,推导出该种电机临界重叠位置处磁化曲线,并与三维有限元方法的计算结果进行对比.分析结果表明,此种解析法的计算精确度符合要求.计算结果验证了解析分析计算的正确性.     

基于最小二乘支持向量机的开关磁阻电动机建模

开关磁阻电动机(SRM)的磁化曲线族是电机建模及性能分析的基础，文中探讨了利用最小二乘支持向量机处理磁化曲线族，建立电机模型的方法。在分析电机非线性磁特性的基础上，运用最小二乘支持向量机(LS-SVM)的回归理论，通过对磁路有限元分析法(FEM)得到的样本数据集进行学习，建立了电机的最小二乘支持向量机模型。与以往的神经网络建模方法相比，该模型在小样本情况下有更好的泛化能力及更快的学习速度。仿真实验表明，该模型比较准确地反映了电机的磁特性，可用来进行SRM其它性能指标的分析。     

高真空工况下开关磁阻电机温度场分析

开关磁阻电机(SRM)因其拓扑结构简单、效率高、体积小等优点,可用于飞轮电池领域,而高真空工况下电机温度场的准确分析对飞轮系统的使用寿命和安全性能至关重要。以12/8 SRM为例搭建二维有限元分析模型,对各部件典型位置磁密进行分析,介绍了铁损的计算模型并通过有限元验证计算结果。进一步利用磁-热单向耦合方法对SRM高真空工况下的温度场分析,分析了电机各主要部件温度的分布规律,为飞轮电池用SRM的温度预估及散热设计提供参考依据。